超前支護液壓系統探究
1液壓系統的總體設計
支架組由前，后支架及中間推移機構組成。前架全部油缸采用本架手動先導控制，后架立柱采用本架手動先導控制與鄰架手動先導控制，其他油缸采用本架手動先導控制，中間推移機構油缸由前架控制。
1.1支架主要回路設計
?。?）進回液回路設計
從工作面主進液管路過來的高壓液經三通分流，分別經自鎖球形截止閥，反沖洗過濾器，進入前，后架操縱閥組；前，后架操縱閥組的回液分別經回液斷路閥到主回液管，保證了前，后架管路的獨立性。
（2）前架立柱升降回路設計
前架立柱升降回路完成立柱的升柱，降柱，原理如所示。進，回液均采用DN12管路，4根立柱分前，后排由本架手動先導控制，每根立柱配FDY480/50液控單向閥和500L安全閥。
?。?）后架立柱升降回路設計
后架立柱按設計要求，本架和前架都能完成立柱的升柱，降柱。因此，進，回液管路加裝交替單向閥，原理如所示。進回液均采用DN12管路，4根立柱分前，后排可由本架手動先導控制和前架手動先導控制，每根立柱配FDY480/50液控單向閥和500L安全閥。
?。?）其他千斤頂回路設計
支架一，二級側翻梁千斤頂管路加裝液控雙向鎖閉鎖油缸的上，下腔，并且在活塞腔安裝阻尼彎頭限制液體的流量。斜撐千斤頂管路加裝液控單向鎖閉鎖油缸的下腔。底調千斤頂管路加裝液控單向鎖閉鎖油缸的上腔。
1.2支架主要液壓元件的選用
?。?）操縱閥的選用
支架選用18功能和12功能OHE手動先導閥。該閥采用緊湊的整體式結構，先導閥進液管路設液控單向閥和高精度過濾（Web中數據過濾辦法研討）器，回液管路設液控單向閥，保證先導閥用液的清潔度。其中，前架操縱閥組由2組18功能和1組12功能OHE手動先導閥組成，后架操縱閥組由2組18功能OHE手動先導閥組成。
（2）反沖洗過濾器的選用
反沖洗過濾器包含過濾器閥殼和過濾器元件，主要用于支架高壓乳化液的過濾，大于過濾器過濾精度的雜質顆粒會被擋住和截留，保證了乳化液的質量。采用反沖洗過濾器的液壓支架液壓系統可使液壓元件特別是易損件的使用壽命顯著提高，大大降低液壓系統的故障率，改善支架的綜合性能。
從泵站輸出的高壓乳化液，經泵站過濾裝置和高壓過濾站，到達工作面支架。高壓乳化液從反沖洗過濾器的P1口進入，經2個并聯濾芯的過濾從P2口流出，通過控制閥控制千斤頂的動作，如所示。乳化液中的污染物被擋在濾芯外側，扳動左側的手柄，改變球閥的液流方向，使右側高壓液由左側濾芯反向高速流出，將左側濾芯外部的雜質由排污口沖出，如需沖洗右側濾芯，對右側手柄進行同樣操作即可。
?。?）交替單向閥的選用
支架組后架的立柱即要求本架能控制，又要求前架能控制，為滿足設計要求，后架立柱管路中需加裝交替單向閥。本系統采用定向回液交替單向閥，要求低壓液定向回液到本架。
2使用中存在的問題及改進
2.1地面組裝試驗中出現的問題
地面組裝試驗中，當后架組裝完畢試驗時，出現立柱導向套損壞，主要原因是由于立柱回路接有交替單向閥，最初設計低壓液定向回液到前架，在后架單架試驗時由于前架斷開，回液不通，立柱上腔壓力急劇增大，導致缸口處發生塑性變形，造成立柱缸口和導向套損壞，導向套被拉出。為避免單架操作回液不通，低壓液定向回液到本架。
2.2井下使用中出現的問題。
（1）一，二級側翻梁動作太快
最初設計一，二級側翻油缸接孔徑為準3mm阻尼插，彎頭，但在井下使用中，動作仍然較快。為此，將阻尼插，彎頭孔徑由準3mm改為準2mm，并接在油缸的活塞腔。
阻尼插，彎頭孔口的長徑比l/d>4，為細長孔。通過細長孔的液流為層流，其流量可用哈根-泊肅葉公式計算，即q=πd4128ηlΔp式中d―――阻尼孔孔徑；η―――油液黏度；Δp―――阻尼孔前后的壓力差。
阻尼孔前后的壓差Δp可以按局部壓力損失公式進行計算，即Δp=ζρv22式中ζ―――局部阻力系數，管道縮小處的局部阻力系數；ρ―――液體密度；v―――液體的平均流速。
可見，液體流經阻尼插，彎頭孔口的流量與阻尼孔前后的壓差Δp成正比，并受油液黏度η變化的影響，與孔徑的四次方成正比?？梢姰斪枘峥讖接蓽?mm改為準2mm，其流量將大大減小。
?。?）側翻油缸出現導向套損壞
井下使用中出現一，二級側翻梁油缸導向套被拉出而損壞。為此，對導向套螺紋處的強度進行了驗算。
缸筒與導向套用螺紋連接時，導向套螺紋處的強度計算如下：
螺紋處的拉應力σ=KFπ4（D2-d2）×10-6
螺紋處的剪應力τ=K1KFd00.2（D3-d3）×10-6
合成應力σn=σ2 3τ2≤σp
許用應力σp=σsn0
式中F―――缸筒端部承受的最大推力，N；
D―――缸筒外徑；
d1―――螺紋大徑；
d0―――螺紋小徑；
K―――擰緊螺紋的系數，取K=1.4；
K1―――螺紋連接的摩擦因數，取K1=0.12；
σs―――缸筒材料的屈服極限，45鋼屈服極限為345MPa；
n0―――許用安全系數，取n0=1.75；
側翻梁油缸規格為準80/準60，導向套螺紋公稱直徑為M85×2.經計算導向套螺紋處安全系數為1.95>1.75.從設計上看，強度滿足要求，但安全系數稍微偏低。當一，二級側翻油缸動作較快時會對導向套造成持續沖擊，在沖擊載荷的作用下就可能出現導向套損壞。因此，將油缸活塞腔阻尼插頭孔徑由準3mm改為準2mm以降低側翻油缸的動作速度，并將導向套材料改為40Cr來增大安全系數。
40Cr屈服極限為490MPa，導向套螺紋處安全系數為2.77.
3結語
該型支架組液壓系統經過改進后，現已經有十幾組正在井下使用，現場使用表明該支架組液壓系統設計合理，操作維護方便，故障率低，滿足了現場使用要求。由于該液壓系統結構復雜，隨著向各種地質條件的推廣應用，手動先導控制將不能滿足使用要求，遠程控制和電液控制將是系統改進完善的一個方向。
支架組由前，后支架及中間推移機構組成。前架全部油缸采用本架手動先導控制，后架立柱采用本架手動先導控制與鄰架手動先導控制，其他油缸采用本架手動先導控制，中間推移機構油缸由前架控制。
1.1支架主要回路設計
?。?）進回液回路設計
從工作面主進液管路過來的高壓液經三通分流，分別經自鎖球形截止閥，反沖洗過濾器，進入前，后架操縱閥組；前，后架操縱閥組的回液分別經回液斷路閥到主回液管，保證了前，后架管路的獨立性。
（2）前架立柱升降回路設計
前架立柱升降回路完成立柱的升柱，降柱，原理如所示。進，回液均采用DN12管路，4根立柱分前，后排由本架手動先導控制，每根立柱配FDY480/50液控單向閥和500L安全閥。
?。?）后架立柱升降回路設計
后架立柱按設計要求，本架和前架都能完成立柱的升柱，降柱。因此，進，回液管路加裝交替單向閥，原理如所示。進回液均采用DN12管路，4根立柱分前，后排可由本架手動先導控制和前架手動先導控制，每根立柱配FDY480/50液控單向閥和500L安全閥。
?。?）其他千斤頂回路設計
支架一，二級側翻梁千斤頂管路加裝液控雙向鎖閉鎖油缸的上，下腔，并且在活塞腔安裝阻尼彎頭限制液體的流量。斜撐千斤頂管路加裝液控單向鎖閉鎖油缸的下腔。底調千斤頂管路加裝液控單向鎖閉鎖油缸的上腔。
1.2支架主要液壓元件的選用
?。?）操縱閥的選用
支架選用18功能和12功能OHE手動先導閥。該閥采用緊湊的整體式結構，先導閥進液管路設液控單向閥和高精度過濾（Web中數據過濾辦法研討）器，回液管路設液控單向閥，保證先導閥用液的清潔度。其中，前架操縱閥組由2組18功能和1組12功能OHE手動先導閥組成，后架操縱閥組由2組18功能OHE手動先導閥組成。
（2）反沖洗過濾器的選用
反沖洗過濾器包含過濾器閥殼和過濾器元件，主要用于支架高壓乳化液的過濾，大于過濾器過濾精度的雜質顆粒會被擋住和截留，保證了乳化液的質量。采用反沖洗過濾器的液壓支架液壓系統可使液壓元件特別是易損件的使用壽命顯著提高，大大降低液壓系統的故障率，改善支架的綜合性能。
從泵站輸出的高壓乳化液，經泵站過濾裝置和高壓過濾站，到達工作面支架。高壓乳化液從反沖洗過濾器的P1口進入，經2個并聯濾芯的過濾從P2口流出，通過控制閥控制千斤頂的動作，如所示。乳化液中的污染物被擋在濾芯外側，扳動左側的手柄，改變球閥的液流方向，使右側高壓液由左側濾芯反向高速流出，將左側濾芯外部的雜質由排污口沖出，如需沖洗右側濾芯，對右側手柄進行同樣操作即可。
?。?）交替單向閥的選用
支架組后架的立柱即要求本架能控制，又要求前架能控制，為滿足設計要求，后架立柱管路中需加裝交替單向閥。本系統采用定向回液交替單向閥，要求低壓液定向回液到本架。
2使用中存在的問題及改進
2.1地面組裝試驗中出現的問題
地面組裝試驗中，當后架組裝完畢試驗時，出現立柱導向套損壞，主要原因是由于立柱回路接有交替單向閥，最初設計低壓液定向回液到前架，在后架單架試驗時由于前架斷開，回液不通，立柱上腔壓力急劇增大，導致缸口處發生塑性變形，造成立柱缸口和導向套損壞，導向套被拉出。為避免單架操作回液不通，低壓液定向回液到本架。
2.2井下使用中出現的問題。
（1）一，二級側翻梁動作太快
最初設計一，二級側翻油缸接孔徑為準3mm阻尼插，彎頭，但在井下使用中，動作仍然較快。為此，將阻尼插，彎頭孔徑由準3mm改為準2mm，并接在油缸的活塞腔。
阻尼插，彎頭孔口的長徑比l/d>4，為細長孔。通過細長孔的液流為層流，其流量可用哈根-泊肅葉公式計算，即q=πd4128ηlΔp式中d―――阻尼孔孔徑；η―――油液黏度；Δp―――阻尼孔前后的壓力差。
阻尼孔前后的壓差Δp可以按局部壓力損失公式進行計算，即Δp=ζρv22式中ζ―――局部阻力系數，管道縮小處的局部阻力系數；ρ―――液體密度；v―――液體的平均流速。
可見，液體流經阻尼插，彎頭孔口的流量與阻尼孔前后的壓差Δp成正比，并受油液黏度η變化的影響，與孔徑的四次方成正比?？梢姰斪枘峥讖接蓽?mm改為準2mm，其流量將大大減小。
?。?）側翻油缸出現導向套損壞
井下使用中出現一，二級側翻梁油缸導向套被拉出而損壞。為此，對導向套螺紋處的強度進行了驗算。
缸筒與導向套用螺紋連接時，導向套螺紋處的強度計算如下：
螺紋處的拉應力σ=KFπ4（D2-d2）×10-6
螺紋處的剪應力τ=K1KFd00.2（D3-d3）×10-6
合成應力σn=σ2 3τ2≤σp
許用應力σp=σsn0
式中F―――缸筒端部承受的最大推力，N；
D―――缸筒外徑；
d1―――螺紋大徑；
d0―――螺紋小徑；
K―――擰緊螺紋的系數，取K=1.4；
K1―――螺紋連接的摩擦因數，取K1=0.12；
σs―――缸筒材料的屈服極限，45鋼屈服極限為345MPa；
n0―――許用安全系數，取n0=1.75；
側翻梁油缸規格為準80/準60，導向套螺紋公稱直徑為M85×2.經計算導向套螺紋處安全系數為1.95>1.75.從設計上看，強度滿足要求，但安全系數稍微偏低。當一，二級側翻油缸動作較快時會對導向套造成持續沖擊，在沖擊載荷的作用下就可能出現導向套損壞。因此，將油缸活塞腔阻尼插頭孔徑由準3mm改為準2mm以降低側翻油缸的動作速度，并將導向套材料改為40Cr來增大安全系數。
40Cr屈服極限為490MPa，導向套螺紋處安全系數為2.77.
3結語
該型支架組液壓系統經過改進后，現已經有十幾組正在井下使用，現場使用表明該支架組液壓系統設計合理，操作維護方便，故障率低，滿足了現場使用要求。由于該液壓系統結構復雜，隨著向各種地質條件的推廣應用，手動先導控制將不能滿足使用要求，遠程控制和電液控制將是系統改進完善的一個方向。
